物化—电化学课件：7-11极化作用.ppt

1、2022-1-241极极 化化 作作 用用实验表明实验表明, 有电流通过电极时，有电流通过电极时，电极的电极电势偏离平衡电势电极的电极电势偏离平衡电势, 这这种现象称为种现象称为 电极的极化电极的极化.2022-1-2421. 极化曲线极化曲线电极电势随电流密度电极电势随电流密度J (单单位电极面积上的电流位电极面积上的电流)的变的变化曲线称为化曲线称为极化曲线极化曲线.2022-1-243 极化曲线的测定装置原理图极化曲线的测定装置原理图RB+_G电位计电位计参比电极参比电极辅助电极辅助电极研究电极研究电极极化过程动画演示极化过程动画演示2022-1-244测定结果表明测定结果表明, 随着电

2、流密度的随着电流密度的增大增大,电极电势偏离平衡电极电势的电极电势偏离平衡电极电势的程度增大程度增大, 阴极电势下降阴极电势下降, 阳极电势阳极电势则升高则升高. 这一结果与测试系统是电这一结果与测试系统是电解池还是电池无关解池还是电池无关.2022-1-245E(电解电解) = E(可逆可逆) (阴阴) (阳阳) E(可逆可逆) E(电池电池) = E(可逆可逆) (阴阴) (阳阳) E(可逆可逆) 可见可见, 实际电解过程消耗的电功比可逆时消耗实际电解过程消耗的电功比可逆时消耗的多的多; 而电池实际放电时作的电功比可逆时少而电池实际放电时作的电功比可逆时少. 定义定义超电势超电势 (阴阴)

3、 = E(阴阴,平平) E (阴阴) (阳阳) = E(阳阳) E(阳阳,平平)2022-1-2462. 极化产生的原因极化产生的原因(1)浓差极化浓差极化(2)电化学极化电化学极化2022-1-247浓差极化浓差极化是在电流通过时是在电流通过时,由于反应物由于反应物或生成物迁向或迁离电极表面的缓慢而或生成物迁向或迁离电极表面的缓慢而引起的电极电势对其平衡值的偏离引起的电极电势对其平衡值的偏离.(1)浓差极化浓差极化2022-1-248如图所示如图所示, 因因Ag+的扩散步骤阻力较大使其向电的扩散步骤阻力较大使其向电极表面的迁移速率慢极表面的迁移速率慢, 使得电极表面使得电极表面Ag+的浓度的

4、浓度c s 低于其本体浓度低于其本体浓度c0.Ag +c0 扩散层扩散层 浓差极化示意图浓差极化示意图csAg阴阴2022-1-249sccFRTEE0ln)()( 平平阴阴 有电流有电流时时scFRTEEln 无电流无电流时时0ln )(cFRTEE 平平可采用机械功可采用机械功(如搅拌如搅拌)部分替代电功来加部分替代电功来加快离子扩散步骤快离子扩散步骤, 从而减轻浓差极化从而减轻浓差极化.2022-1-2410(2)电化学极化电化学极化由于电化学反应本身的迟缓性而由于电化学反应本身的迟缓性而引起的电极电势对平衡电势的偏离引起的电极电势对平衡电势的偏离称为称为电化学极化电化学极化.2022-

5、1-2411Ag + + e Ag 电化学极化示意图电化学极化示意图Ag阴阴e如图所示如图所示, 当电流通过电当电流通过电极时极时, 阴极上的还原反应来阴极上的还原反应来不及消耗外界输送的电子不及消耗外界输送的电子, 使电极表面上积累了多于平使电极表面上积累了多于平衡状态下的电子衡状态下的电子, 导致电极导致电极电势向负方向移动电势向负方向移动. 反之反之, 阳极上的氧化反应阳极上的氧化反应来不及补充电极上被外界取来不及补充电极上被外界取走的电子走的电子, 使电极表面的电使电极表面的电子数比平衡状态下少子数比平衡状态下少, 导致导致电极电势向正的方向移动电极电势向正的方向移动. 2022-1-

6、2412当电化学极化程度较高且浓差极化当电化学极化程度较高且浓差极化可忽略时可忽略时, 超电势与电流密度之间常满超电势与电流密度之间常满足半对数直线关系足半对数直线关系 a + blgJ, 该式称该式称为为塔菲尔方程塔菲尔方程, a和和b为塔菲尔常数为塔菲尔常数.例例382022-1-2413 在在25, p条件下条件下, 当电流密度当电流密度 J = 0.1 Acm 2时时, 氢和氧在氢和氧在Ag电极上的超电势电极上的超电势分别为分别为0.87 V和和0.96 V. 问在上述条件下电问在上述条件下电解解NaOH溶液需多大的外加电压？溶液需多大的外加电压？(已知已知 E(OH |H2|Pt) =0.828 V, E(OH |O2|Pt) = 0.401V. )例例382022-1-2414 相对应的原电池相对应的原电池 Ag|H2(p)| NaOHa(OH) = 1| O2(p)|AgOH) (O)(H OH2e2OH)(O e2O(l)H2OH2)(H 22212222122 pppp阴阴极极反反应应：阳阳极极反反应应：E = E(OH|O2|Pt)E(OH|H2|Pt) = 0.401(0.828)V =1.229 V E(分解分解)=E + (O2) + (H2) = (1.229 + 0.87+0.96)V = 3.059 V返回返回